[发明专利]一种基于反射式偏振复用液晶透镜的双目波导显示方法

说明书

本发明公开了一种基于反射式偏振复用液晶透镜的双目波导显示方法，所述方法基于波导显示器件，包括光波导板，在光波导板同侧上设有入耦合液晶透镜、右旋出耦合光栅和左旋出耦合光栅，入耦合液晶透镜位于右旋出耦合光栅和左旋出耦合光栅之间；所述方法包括：图像源放在入耦合液晶透镜的焦平面上，入耦合液晶透镜将来自图像源的两种圆偏光准直且耦合进入光波导板中；左旋圆偏光和右旋圆偏光在波导板中朝着相反的方向依靠全反射传播；分别在碰到左旋出耦合光栅和右旋出耦合光栅后被衍射耦出波导。该方法解决了传统近眼波导显示系统中需要使用准直透镜且准直透镜和波导板间存在间隙的问题。

技术领域

本发明属于近眼波导显示技术领域，尤其涉及一种基于反射式偏振复用液晶透镜的双目波导显示方法。

背景技术

增强现实(AR)技术目前在娱乐、教育、医疗手术和工程等领域均有了较大程度的发展，通过将真实环境与计算机生成的图像重叠，AR作为一个信息平台，正在彻底改变观众和显示器之间的互动关系。

波导式增强现实显示设备作为一种被广泛认可的AR方案，在体积、重量、出瞳大小和可视性方面都有一定潜力与优势。然而在传统波导显示技术中，无论是使用自由曲面、全息光栅还是液晶光栅作为耦入装置，均需要在图像源后使用一个准直透镜将图像源上不同点发出的光转换为不同角度的平行光以便在波导中进行传输。

透镜的加入使得系统的体积和重量增加，且由于准直透镜和波导板间必然存在空隙，这将导致图像源和准直透镜的出瞳无法完全与入耦合区域重合，从而影响整体系统的成像质量。

最近基于图案化胆甾相液晶(CLC)的光子器件，受到越来越多的关注。CLC器件只对与液晶螺旋扭曲具有相同利手性的圆偏光起作用，即具有偏振选择性。同时由于液晶材料的寻常光折射率n_o和非常光折射率n_e之差较大，导致CLC器件的角度响应范围、波长响应范围要优于全息器件，且CLC器件由液晶多次旋涂制成，容易进行复用设计，如同时堆叠两个不同旋向的CLC器件以对两种圆偏光产生不同的响应。

通过将CLC与在光取向层上特别设计的图案相结合，可以创建不同的光学器件。例如，如果相位轮廓是线性变化的，那么器件的行为就像光栅一样，如果相位轮廓是抛物线式的，那么它就可以起透镜的作用。通过让相位具有局部线性变化和整体抛物线轮廓，我们可以获得具有大衍射角与一定光焦度的反射型液晶偏振透镜(rPVL)。虽然目前rPVL的应用还不多，如：通过复用rPVL增加单个耦合装置的视场角。

但由于rPVL同时具有光栅、透镜特性，加以CLC器件的诸多优点，我们可以判断，rPVL在波导显示领域拥有良好的发展前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于反射式偏振复用液晶透镜的双目波导显示方法，可以解决波导显示系统中需要额外使用准直透镜的问题。

本发明提供如下技术方案：

一种基于反射式偏振复用液晶透镜的双目波导显示方法，所述方法基于波导显示器件，包括光波导板，在光波导板同侧上设有入耦合液晶透镜、右旋出耦合光栅和左旋出耦合光栅，入耦合液晶透镜位于右旋出耦合光栅和左旋出耦合光栅之间；

所述波导显示方法包括：

图像源放在入耦合液晶透镜的焦平面上，入耦合液晶透镜将来自图像源的两种圆偏光准直且耦合进入光波导板中；

左旋圆偏光和右旋圆偏光在波导板中朝着相反的方向依靠全反射传播；

左旋圆偏光碰到左旋出耦合光栅后被衍射耦出波导，右旋圆偏光碰到右旋出耦合光栅后被衍射耦出波导。

所述入耦合液晶透镜为不同旋向的反射式液晶偏振透镜复用而成；所述右旋出耦合光栅和左旋出耦合光栅均为液晶偏振体光栅。